化工生產(chǎn)中重要非金屬元素的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

張?jiān)鴹?莫尊理 楊翠蘋 趙存梅 張華敏 包鈺涵

摘要：氮與硫及其化合物的教學(xué)是不少高中化學(xué)教師教學(xué)的重難點(diǎn)，學(xué)生普遍存在較大的學(xué)習(xí)困難。作為復(fù)習(xí)課，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)過本部分內(nèi)容，但對知識點(diǎn)之間的總體掌握尚欠火候。將學(xué)生熟悉的蘭州石化搬遷問題作為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題，分析討論確定本項(xiàng)目的實(shí)質(zhì)問題（即驅(qū)動(dòng)性問題）——解決污染排放，拆解驅(qū)動(dòng)性問題，形成相關(guān)的學(xué)科子問題，形成一堂硫和氮的復(fù)習(xí)課，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：復(fù)習(xí)課;氮和硫;項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

文章編號：1008-0546（2022）07-0069-04中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.017

一、問題的提出

時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對未來的勞動(dòng)者提出了更高的要求，傳統(tǒng)的教育模式逐漸無法滿足當(dāng)下的實(shí)際需要，以素養(yǎng)為本的教育成為主流，其核心在于發(fā)展學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力，這也是我國課程標(biāo)準(zhǔn)提出的明確要求。有研究表明，基于項(xiàng)目開展的教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[1]。所謂項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，不同的學(xué)者有不同的定義，但他們都認(rèn)同項(xiàng)目式學(xué)習(xí)具有以下特征：一是問題性;二是合作性;三是探究性;四是真實(shí)性;五是過程性和結(jié)果性[2]。綜合多位學(xué)者的觀點(diǎn)以及研究的實(shí)際需要，對項(xiàng)目式學(xué)習(xí)做出如下定義：基于真實(shí)的問題，讓學(xué)生進(jìn)行合作式的探究學(xué)習(xí)解決問題的過程，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)既重視過程也看重結(jié)果。

元素及其化合物由于知識較為龐雜和瑣碎，不易于建立體系，一直是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱課標(biāo)）對該部分內(nèi)容的教學(xué)做出了如下建議[4]（表1）：

可以看出，課標(biāo)對該部分內(nèi)容的教學(xué)建議十分符合項(xiàng)目式教學(xué)的特征，因此，選擇項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行“化工生產(chǎn)中重要非金屬元素”的復(fù)習(xí)課。

二、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)準(zhǔn)備

以“作為蘭州市市長，是否考慮將蘭州石化搬離蘭州市”作為核心問題，學(xué)生將核心問題拆分為與化學(xué)及其他學(xué)科相關(guān)的具體子問題，通過教師提供的資料包以及學(xué)生課前收集的各種資料，學(xué)生最終提出一套問題的解決方案。

1.項(xiàng)目背景

在本節(jié)復(fù)習(xí)課之前，學(xué)生已經(jīng)較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)完幾種非金屬元素及其化合物的性質(zhì)等內(nèi)容，但許多學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容尚存在困惑。例如不能熟練掌握知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，無法靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)問題。通過在復(fù)習(xí)課上使用價(jià)類二維圖，學(xué)生能夠在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中建立知識結(jié)構(gòu)體系，初步嘗試應(yīng)用所學(xué)知識解決生活中的問題。

蘭州石化是蘭州學(xué)生最熟悉的企業(yè)之一，曾經(jīng)是當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)，對蘭州社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展發(fā)揮著十分重要的作用。在過去，蘭州常年灰蒙蒙的天空一直為當(dāng)?shù)鼐用袼嵅。嵊旰忘S河水污染更是直接關(guān)系日常生活的老大難問題。將空氣污染、水污染、酸雨污染的危害作為背景知識呈現(xiàn)給學(xué)生，引入本節(jié)課。引導(dǎo)學(xué)生去思考交流造成蘭州市污染的主要原因，學(xué)生查閱相關(guān)資料最終鎖定最大的污染源——蘭石化。進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考，綜合考慮蘭石化是否應(yīng)該搬離蘭州，分組討論，各抒己見，提出一套解決環(huán)境問題的方案。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）了解空氣污染、酸雨等災(zāi)害是氮硫化合物燃燒的結(jié)果。基于硫和氮的價(jià)類二維圖培養(yǎng)學(xué)生的變化守恒素養(yǎng)。

（2）能夠?qū)⑸钪泻暧^的酸雨現(xiàn)象和微觀的氮硫化合物轉(zhuǎn)化聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生的宏微結(jié)合素養(yǎng)。

（3）使用化學(xué)的思想和方法解決身邊真實(shí)存在的社會(huì)問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與社會(huì)責(zé)任，認(rèn)識到學(xué)好化學(xué)的巨大價(jià)值。

3.項(xiàng)目拆解

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于問題的拆解，學(xué)生的思維五花八門，不同的學(xué)生存在不一樣的思考方式，同一個(gè)問題可能會(huì)拆分出好幾種結(jié)果，有一定的盲目性。因此在該過程中，要發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，對學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)分歧的地方及時(shí)加以引領(lǐng)和點(diǎn)撥。問題拆解如圖1所示。

三、項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施

1.引入

教師活動(dòng)：多媒體投影蘭石化在蘭州的重要地位（補(bǔ)充資料）;空氣污染的危害;黃河水污染的危害;酸雨的危害（見圖2）。

學(xué)生活動(dòng)：觀看投影，掌握提供的信息，思考這些現(xiàn)象背后的原因。

設(shè)計(jì)意圖：使得學(xué)生認(rèn)識到環(huán)境污染問題的嚴(yán)重性，讓學(xué)生關(guān)心生活，關(guān)注社會(huì)。

2.展開

教師活動(dòng)：提出問題，請學(xué)生搜集資料，分析造成蘭州空氣污染、水污染、酸雨污染的罪魁禍?zhǔn)?，并展示自己的猜測，說明理由。

學(xué)生活動(dòng)：查閱資料，分析原因，同學(xué)之間互相交流討論，提出多種可能的原因，最終一致認(rèn)為最大的源頭是蘭石化。

教師活動(dòng)：請同學(xué)從剛學(xué)習(xí)的氮氧化合物的角度，推測造成以上現(xiàn)象的原理。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生從價(jià)類二維的角度推測是氮和硫在大自然中循環(huán)造成了以上問題。

教師活動(dòng)：既然蘭石化是造成以上污染的最大源頭，那么是不是應(yīng)該就把它搬離蘭州市呢？請同學(xué)們各抒己見，并說明理由。

學(xué)生活動(dòng)：有的學(xué)生支持搬離，原因是環(huán)保問題，生命安全問題應(yīng)該放于第一位;有的學(xué)生不支持搬離，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展第一，只需要對相關(guān)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，就可以解決這些問題。結(jié)合教師提供的資料包得到以下結(jié)論：

①在別處也會(huì)產(chǎn)生污染，并不會(huì)從根本解決環(huán)境污染問題;

②搬遷會(huì)產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)成本，對企業(yè)和當(dāng)?shù)卣?cái)政都會(huì)造成沉重的負(fù)擔(dān)，收益很低;

③化工廠的選址要求很高，蘭州周邊這樣的地區(qū)很難尋找。

綜上分析，確定本項(xiàng)目的實(shí)質(zhì)為解決蘭石化的污染物排放問題。

教師活動(dòng)：請學(xué)生分組討論，蘭石化的污染都有哪些？

學(xué)生活動(dòng)：水污染——廢水的排放;空氣污染——廢氣的排放。

學(xué)生活動(dòng)：收集資料發(fā)現(xiàn)：蘭石化的廢水排放處理較好，排放的廢氣中主要成分是氮和硫的氧化物。因此本節(jié)課的任務(wù)主要是處理廢氣。

教師活動(dòng)：請學(xué)生畫出價(jià)類二維圖（見圖3 和圖4），據(jù)此設(shè)計(jì)方案脫硫脫硝。

學(xué)生活動(dòng)：初步設(shè)計(jì)出兩套廢氣處理裝置，分別用來脫硫和脫硝。

常見的脫硫方案

①用NaOH溶液吸收

②用氯水氧化

③催化氧化，制硫酸常見的脫硝方案

①用NaOH溶液吸收

②催化氧化，制硝酸

③催化反應(yīng)為氮?dú)?/p>

教師活動(dòng)：請學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)能夠同時(shí)吸收氮和硫的方案。

學(xué)生活動(dòng)：對比單獨(dú)吸收硫和氮的方案，找到可以同時(shí)吸收兩類物質(zhì)的方案。

學(xué)生設(shè)計(jì)的可行的方案：

①利用氧化劑氧化（見圖5）;②利用堿液吸收（圖6）。

方案1原理：將硫和氮的氧化物催化氧化，再通入水中得到硫酸和硝酸的混合物。

方案2 原理：利用 NaOH 和 SO2與 NO2反應(yīng)，生成對大氣無害的Na2SO3、NaNO2和NaNO3。

教師活動(dòng)：請學(xué)生選擇可以在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的方案。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)教師提供的資料包，對比兩種方案的生產(chǎn)成本和操作難度等多方面因素，選擇利用堿液吸收是最優(yōu)解。

3.總結(jié)（項(xiàng)目梳理）

教師活動(dòng)：捋順?biāo)悸?，做出總結(jié)，系統(tǒng)梳理相關(guān)知識。

學(xué)生活動(dòng)：觀看，思考，做好筆記和總結(jié)。

四、教學(xué)反思

本項(xiàng)目選擇了蘭州當(dāng)?shù)貙W(xué)生最熟悉的企業(yè)——蘭州石化作為項(xiàng)目來源，可以在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在驅(qū)動(dòng)性問題“是否搬離蘭州石化”的啟發(fā)下，學(xué)生自主思考，交流討論，將核心問題拆解為一個(gè)個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問題，學(xué)生的問題分析能力得到了鍛煉，表達(dá)交流能力獲得了提高，創(chuàng)新思維能力受到了訓(xùn)練。在問題解決的過程中，學(xué)生需要調(diào)用并創(chuàng)造性運(yùn)用已學(xué)過的知識，最后在設(shè)計(jì)解決方案的時(shí)候，要求學(xué)生能夠具有創(chuàng)新思維，不拘泥于過去固有的思維定式，大膽設(shè)想，小心求證，學(xué)生的核心素養(yǎng)得到了潛移默化的培養(yǎng)。

同樣地，本項(xiàng)目存在一些缺點(diǎn)和不足，首先本項(xiàng)目設(shè)計(jì)較為宏大，包括地理、經(jīng)濟(jì)、化學(xué)多門學(xué)科的交叉融合。在實(shí)際開展的過程中，對教師和學(xué)生的能力要求較高，只能將項(xiàng)目簡化為污染物處理問題。其次受制于學(xué)生自身知識儲(chǔ)備的局限性，所設(shè)計(jì)出來的解決方案在實(shí)際生產(chǎn)中無法應(yīng)用，是一種理想的設(shè)計(jì)。最后本節(jié)課屬于復(fù)習(xí)課，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)耗費(fèi)時(shí)間較長，可能會(huì)存在學(xué)時(shí)不足拖慢整體教學(xué)進(jìn)度的問題。

五、啟示

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是未來教育改革的熱點(diǎn)和趨勢，在國外項(xiàng)目式學(xué)習(xí)已經(jīng)相當(dāng)成熟，它不僅僅在基礎(chǔ)教育階段受到歡迎，在高等教育階段也同樣適用。在知網(wǎng)搜索有關(guān)化學(xué)學(xué)科的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)期刊文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)屬于核心及以上的高質(zhì)量文章數(shù)量并不多，這說明在未來，這一領(lǐng)域還有很大的挖掘空間值得探究。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)該扎根于本土，根據(jù)各地實(shí)際情況選擇合適的項(xiàng)目。鼓勵(lì)學(xué)校開發(fā)校本課程，打造項(xiàng)目式學(xué)習(xí)金課。鼓勵(lì)不同地區(qū)的教師針對項(xiàng)目學(xué)習(xí)開展研討交流，東部發(fā)達(dá)地區(qū)教師主動(dòng)向西部經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)對口幫扶，提供技術(shù)指導(dǎo)和教學(xué)理念的傳授;西部地區(qū)的教師也應(yīng)該能夠挖掘自身特點(diǎn)，因地制宜，克服經(jīng)濟(jì)不足帶來的困難，創(chuàng)造性地巧妙設(shè)計(jì)項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)也同樣能夠在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)上演奏第一提琴。

六、補(bǔ)充資料

中石油蘭州石化公司由原來的蘭煉、蘭化兩家企業(yè)合并組建而成，二者均是國家“一五”期間的156項(xiàng)重點(diǎn)工程項(xiàng)目。自 1958年建成投產(chǎn)以來，為國家的建設(shè)發(fā)展立下了汗馬功勞。這里走出了成千上萬優(yōu)秀的石化技術(shù)人才，他們將先進(jìn)的理念、技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)帶往全國，影響了一代又一代石化人。蘭煉蘭化被譽(yù)為新中國煉油工業(yè)和石化工業(yè)的“搖籃”，是中國西部地區(qū)最大的石化企業(yè)。2014年，蘭州的自來水出現(xiàn)了苯污染事件，蘭州人民開始呼吁將該企業(yè)搬出蘭州。近年來，隨著綠水青山就是金山銀山理念的深入人心，搬離蘭州石化的呼聲日益強(qiáng)烈。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳穎，王磊，徐敏，尚榮榮，陳松，寧燕丹.高中化學(xué)項(xiàng)目教學(xué)案例——探秘神奇的醫(yī)用膠[J]. 化學(xué)教育（中英文），2018，39（19）：8-14.

[2] 胡紅杏.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)活動(dòng)[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2017，45（6）：165-172.

[3] 宋立棟，劉翠，王磊，史凡.基于項(xiàng)目式教學(xué)的含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施[J]. 化學(xué)教育（中英文），2019，40（19）：37-40.

[4] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：4.